中國科技網(wǎng)訊 據(jù)《自然》網(wǎng)站近日報道，美國麻省理工大學(xué)（MIT）科學(xué)家開發(fā)出一套簡單的基因模塊，能對輸入信號起反應(yīng)，在活細胞中執(zhí)行邏輯命令，就像計算機中所用的布爾邏輯門。研究人員指出，利用這些“基因線路”能追查一個細胞在何時到達其生命關(guān)鍵時刻，撥動基因開關(guān)改變細胞命運。相關(guān)論文發(fā)表在《自然·生物技術(shù)》雜志上。
邏輯與存儲是電子線路的兩大基本功能，由此才產(chǎn)生了各種復(fù)雜的反應(yīng)。合成生物學(xué)旨在把電子工程中的概念引入到細胞生物學(xué)中，把基因功能作為電路組件。新研究由MIT合成生物學(xué)家蒂莫西·盧領(lǐng)導(dǎo)，他們開發(fā)的邏輯模塊以質(zhì)粒為基礎(chǔ)，這里的質(zhì)粒是一種環(huán)形的DNA鏈，將其插入大腸桿菌細胞中。并利用重組酶，將合成基因線路有效地組裝起來，不僅能執(zhí)行布爾邏輯功能，還具有穩(wěn)定的DNA編碼存儲功能。他們設(shè)計了16種質(zhì)粒，在計算中能執(zhí)行所有2-輸入-1-輸出的布爾邏輯門。
執(zhí)行計算的每個變量都包含啟動子、終結(jié)子和一個“輸出基因”，啟動子和終結(jié)子能打開或中止基因轉(zhuǎn)錄，輸出基因則編碼一個綠色熒光蛋白（GFP）。系統(tǒng)的關(guān)鍵是利用重組酶切斷并重排啟動子和終結(jié)子DNA序列，讓它們打開或關(guān)閉。重組酶好比輸入命令，決定了輸出基因能否被轉(zhuǎn)錄。比如在電子的“與”門中，給兩個輸入點通電會輸出一個正值；而在基因“與”門中，只有當(dāng)終結(jié)子序列在中間，并且啟動子序列被兩個輸入重組酶中和時，輸出基因才會被轉(zhuǎn)錄而表達出一個綠色熒光蛋白。
在以往研究中，人們也曾利用重組酶將數(shù)據(jù)寫入DNA以便存儲，而新研究將這種理念更推進了一步，使DNA本身成為計算機的一部分。盧說，如果經(jīng)過修改的DNA可作為調(diào)控元素，像啟動子序列或終結(jié)子序列那樣，就能控制細胞里的某些事情。
另一位MIT合成生物學(xué)家克里斯托弗·沃伊特說，這種人造模塊是一種“極其數(shù)字化且永久性的DNA信息存儲方式。它的邏輯能存儲多重經(jīng)驗，如細胞曾遇到兩種環(huán)境會記住事件順序?！倍疫@種改變是永久性的，“在細胞死亡后，這些信息還能從它的DNA中提取出來?！毖芯咳藛T還發(fā)現(xiàn)，改變了的質(zhì)粒能代代相傳，至少能傳90代。
盧還指出，這種方法在生物技術(shù)中也非常有用。這些基因開關(guān)形式簡單易于訪問，如生產(chǎn)某種藥物，制造商可以培養(yǎng)一種細胞事先關(guān)閉其關(guān)鍵基因，當(dāng)系統(tǒng)一切就緒后，輸入某種信號化合物激活這些關(guān)鍵基因，并保持永久性打開，以生產(chǎn)藥物。在達到某個臨界值時，再用其他開關(guān)來中止生產(chǎn)。（常麗君）
